專利名稱：圖案冷卻的燃燒器襯套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且尤其涉及用于冷卻在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的 燃燒器中使用的燃燒器襯套的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括具有燃燒器襯套的燃燒器，燃燒器襯套限定燃燒室。在 燃燒室內(nèi)，壓縮空氣和燃料的混合物被燃燒，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃燒氣體可流過燃燒 室，流到一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)，以產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載和/或壓縮機(jī)的功率。通常，燃燒過程由 于熱的燃燒氣體會(huì)加熱燃燒器襯套。然而，現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)不能在所有條件下充分地冷卻 燃燒器襯套。

發(fā)明內(nèi)容
下面對(duì)在范圍方面與原本要求保護(hù)的發(fā)明相當(dāng)?shù)囊恍?shí)施例進(jìn)行了概述。這些實(shí) 施例不意圖限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，相反，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可行形式 的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本發(fā)明可包括類似于或異于下面闡述的實(shí)施例的多種形式。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有環(huán)形襯套的燃燒器。 環(huán)形襯套包括相對(duì)于沿著燃燒器的縱向軸線的燃燒的下游方向的下游端部。下游端部包括 具有相對(duì)于渦輪機(jī)燃燒襯套的縱向軸線為非線性布置的表面特征的圖案表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括渦輪機(jī)燃燒器襯套。燃燒器襯套包括相對(duì)于沿著渦 輪機(jī)燃燒器襯套的縱向軸線的燃燒的下游方向的下游端部處的圖案化表面。圖案化表面包 括在相對(duì)于渦輪機(jī)燃燒器襯套的縱向軸線的下游端部周圍在軸向方向和周向方向兩者上 的多個(gè)不連續(xù)的突起。在又一個(gè)實(shí)施例中，方法包括經(jīng)由沿著通過圖案化表面的流路的空氣流來(lái)冷卻渦 輪機(jī)燃燒器襯套，該圖案化表面在渦輪機(jī)燃燒器襯套的下游端部周圍在軸向方向和周向方 向兩者上具有多個(gè)不連續(xù)的突起。


當(dāng)參看附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解，其中相同標(biāo)號(hào)在附圖中始終表示相同部件，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、具有帶有用于增強(qiáng)冷卻的圖案化表面的燃燒器襯 套的渦輪機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖2是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、如圖1所示的渦輪機(jī)系統(tǒng)的剖面?zhèn)纫晥D；圖3是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、具有在下游端部處具有圖案化表面的燃燒器襯套 的、如圖1所示的燃燒器的剖面?zhèn)纫晥D；圖4是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、如圖3所示的燃燒器的某些構(gòu)件的分解透視圖；圖5是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、在如圖4所示的燃燒器襯套的下游端部上的圖案
3化表面的一部分的局部透視圖；圖6是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的、如圖3所示的燃燒器襯套的下游端部的局部橫截 面?zhèn)纫晥D；圖7A-7D是根據(jù)本技術(shù)的若干實(shí)施例的、在燃燒器襯套的下游端部上的圖案化表 面的局部橫截面?zhèn)纫晥D；圖8A-8E是根據(jù)本技術(shù)的若干實(shí)施例的、在燃燒器襯套的下游端部上的圖案化表 面的局部俯視圖；以及圖9A和9B分別是根據(jù)本技術(shù)的另一實(shí)施例的、在燃燒器襯套的下游端部上的圖 案化表面的局部俯視圖和對(duì)應(yīng)的剖面?zhèn)纫晥D。部件列表10 渦輪機(jī)系統(tǒng)12 燃料噴嘴 14燃料供應(yīng)16燃燒器17渦輪機(jī)葉片18渦輪機(jī)19壓縮機(jī)葉片20排氣22軸 24壓縮機(jī)26進(jìn)氣口 28負(fù)載29擴(kuò)散器30蓋板31增壓室32導(dǎo)流套管34燃 燒器襯套36環(huán)形通路38燃燒室40入口 42沖擊套管44法蘭46過渡件47環(huán) 形通路48空氣分離單元(ASU)50內(nèi)腔52下游端部54環(huán)形包殼55環(huán)形包殼的內(nèi) 表面60渦輪機(jī)噴嘴62 圖案化表面64空氣66密封件68入口 70凹槽71邊72 表面特征73沖擊套管的上游端74空氣75空氣流(在冷卻通道中)78冷卻通道80 凹槽的底部表面82凹槽壁84凹槽的頂部表面85周向流路86軸向間隔88周邊邊 緣90封閉區(qū)域
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行描述。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明 描述，可能不會(huì)在說(shuō)明書中對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解，在例如在任何工程 或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的任何這種實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，必須作出許多實(shí)現(xiàn)專屬的決定來(lái)實(shí)現(xiàn)開發(fā)者 的具體目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)有關(guān)和商業(yè)有關(guān)的限制，其可根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)而改變。此外， 應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，盡管如此對(duì)具有本公開的益處的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，這種開發(fā)工作也是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)。當(dāng)介紹本發(fā)明的各實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“ 一個(gè)”、“ 一種”、“該，，和“所述”意圖的
意思是存在一個(gè)或多個(gè)元件。用語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，且其意思是 可有除了列出的元件之外的另外的元件。操作參數(shù)和/或環(huán)境條件的任何實(shí)例不排除所公 開的實(shí)施例的其它參數(shù)/條件。另外，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的 引用不應(yīng)解釋為排除也結(jié)合了所述特征的另外的實(shí)施例的存在。在繼續(xù)之前，首先將定義在本公開中始終廣泛使用的若干術(shù)語(yǔ)，以便更好地理解 要求保護(hù)的主題。如本文所用，當(dāng)結(jié)合燃燒器襯套進(jìn)行論述時(shí)，術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”應(yīng)理 解為分別是指相對(duì)于燃料噴嘴的燃燒器襯套的近端和燃燒器襯套的遠(yuǎn)端。也就是說(shuō)，除非 另外指出，大體相對(duì)于燃燒器襯套內(nèi)部的燃燒氣體的流動(dòng)來(lái)使用術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”。例 如，“下游”方向指的是燃料-空氣混合物燃燒且從燃料噴嘴流向渦輪機(jī)的方向，而“上游”方 向指的是與如以上定義的下游方向相反的方向。另外，術(shù)語(yǔ)“下游端部”、“聯(lián)接部”等應(yīng)理解 為指的是燃燒器襯套最后面的(最下游)部分。如在下面進(jìn)一步論述的，在一些實(shí)施例中， 燃燒器襯套的下游端部的軸向長(zhǎng)度可為燃燒器襯套的總軸向長(zhǎng)度的多至百分之二十。在一 些實(shí)施例中，下游端部(或聯(lián)接部分)也可理解為襯套的一部分，其構(gòu)造成大體以套管式、同心或同軸交迭的環(huán)形關(guān)系聯(lián)接到燃燒器的下游過渡件上。另外，當(dāng)術(shù)語(yǔ)“襯套”單獨(dú)出現(xiàn) 時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，該術(shù)語(yǔ)與“燃燒器襯套”大體同義。記住以上定義的術(shù)語(yǔ)，本公開涉及能夠在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間提供更加有效率的 冷卻的燃燒器襯套。在一個(gè)實(shí)施例中，襯套具有下游端部，該下游端部包括其上形成有多個(gè) 表面特征的圖案化表面。表面特征可包括成各種構(gòu)造和形狀的多個(gè)不連續(xù)的突起和/或凹 部。在一個(gè)實(shí)施例中，不連續(xù)的突起和/或凹部可相對(duì)于襯套的縱向軸線在襯套的下游端 部周圍沿軸向方向和周向方向兩者而形成?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)形成不連續(xù)的突起和 /或凹部，該技術(shù)包括但不限于，磨削、鑄造、模制和激光蝕刻/切害U。在一個(gè)實(shí)施例中，表面 特征可相對(duì)于沿著襯套的縱向流路限定非線性流路。
在操作中，具有徑向延伸的多個(gè)開口的環(huán)形包殼可構(gòu)造成大體在下游端部周圍聯(lián) 接到襯套上。包殼的內(nèi)表面和下游端部上的表面特征共同形成冷卻通道，冷卻通道可通過 多個(gè)入口接收空氣流?？諝饬骺蔀楣?yīng)到燃燒器以燃燒燃料的壓縮空氣的一部分。當(dāng)空氣 流過冷卻通道且接觸表面特征時(shí)，通過強(qiáng)制空氣對(duì)流而將熱傳遞離開燃燒器襯套，尤其是 襯套的下游端部。這樣，本發(fā)明的實(shí)施例就可提供增強(qiáng)的熱傳遞，從而以降低的總體壓降改 進(jìn)冷卻中的均勻性(例如較低的熱梯度)。有利的是，這可改進(jìn)渦輪機(jī)總體性能，并且增加 燃燒器和/或燃燒器襯套的壽命?，F(xiàn)在參看附圖，首先參看圖1，其示出了渦輪機(jī)系統(tǒng)10的實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。將在下 面詳細(xì)論述，公開的渦輪機(jī)系統(tǒng)10可采用具有形成在下游端部周圍以提供襯套的改進(jìn)的 和更加均勻的冷卻的多個(gè)表面特征的燃燒器襯套。渦輪機(jī)系統(tǒng)10可使用液體燃料或氣體 燃料，例如天然氣和/或富氫合成氣體，以使渦輪機(jī)系統(tǒng)10運(yùn)行。如所描繪，多個(gè)燃料噴嘴 12吸入燃料供應(yīng)14，使燃料與空氣混合，并且將空氣-燃料混合物分配到燃燒器16中?？?氣-燃料混合物在燃燒器16內(nèi)的室中燃燒，從而產(chǎn)生熱的加壓排氣。燃燒器16朝排氣出 口 20將排氣引導(dǎo)通過渦輪機(jī)18。當(dāng)排氣穿過渦輪機(jī)18時(shí)，氣體強(qiáng)制一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)葉 片使軸22沿著系統(tǒng)10的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，軸22連接到渦輪機(jī)系統(tǒng)10的各種構(gòu)件上， 包括壓縮機(jī)24。壓縮機(jī)24還包括可聯(lián)接到軸22上的葉片。因此，壓縮機(jī)24內(nèi)的葉片會(huì)在 軸22旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而通過壓縮機(jī)24壓縮來(lái)自進(jìn)氣口 26的空氣，并且將空氣壓縮到燃料 噴嘴12和/或燃燒器16中。軸22還可連接到負(fù)載28上，負(fù)載28可為運(yùn)載工具或固定的 負(fù)載，例如動(dòng)力裝置中的發(fā)電機(jī)或航空器上的推進(jìn)器。如將理解的，負(fù)載28可包括能夠由 渦輪機(jī)系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出供以動(dòng)力的任何適當(dāng)?shù)难b置。圖2示出了在圖1中示意性地描繪的渦輪機(jī)系統(tǒng)10的實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。渦 輪機(jī)系統(tǒng)10包括位于一個(gè)或多個(gè)燃燒器16內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴12。燃燒器16可 包括設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的導(dǎo)流套管內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)燃燒器襯套。如上所述，燃燒器襯 套(或襯套)在襯套的下游端部周圍可包括圖案化表面。圖案化表面可包括多個(gè)表面特征。 在一些實(shí)施例中，表面特征可包括在下游端部周圍相對(duì)于襯套的縱向軸線軸向和周向布置 的多個(gè)不連續(xù)的突起和/或凹部。在操作中，空氣通過進(jìn)氣口 26進(jìn)入渦輪機(jī)系統(tǒng)10，且可在壓縮機(jī)24中被加壓。然 后壓縮空氣可與氣體混合，以在燃燒器16內(nèi)燃燒。例如，燃料噴嘴12可以以對(duì)最優(yōu)燃燒、 排放、燃料消耗和動(dòng)力輸出適當(dāng)?shù)谋嚷蕦⑷剂?空氣混合物噴射到燃燒器16中。燃燒會(huì)產(chǎn) 生熱的加壓排氣，然后熱的加壓排氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)18內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)葉片17，以使軸22旋轉(zhuǎn)，并且從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)24和負(fù)載28。渦輪機(jī)葉片17的旋轉(zhuǎn)使軸22旋轉(zhuǎn)，從而使壓縮機(jī) 22內(nèi)的葉片19收回且加壓由進(jìn)氣口 26接收到的空氣。如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)論述，襯套 的下游端部上的表面特征可與在襯套的下游端部周圍配合(設(shè)置)的環(huán)形包殼的內(nèi)表面一 起形成冷卻通道。冷卻通道可通過進(jìn)氣口 26接收供應(yīng)到燃燒器16的空氣的一部分。在一 個(gè)實(shí)施例中，冷卻通道可接收從壓縮機(jī)24供應(yīng)到燃燒器16的總空氣的約2%。當(dāng)壓縮機(jī)供 應(yīng)的空氣的一部分(其相對(duì)于燃燒器16內(nèi)的燃燒氣體大體基本上較冷)流過冷卻通道且 接觸表面特征時(shí)，發(fā)生熱傳遞，在熱傳遞中熱從燃燒器襯套移除。作為示例，這種熱傳遞可 通過強(qiáng)制對(duì)流來(lái)進(jìn)行?，F(xiàn)在繼續(xù)參看圖3，其示出了如圖2所示的燃燒器16的實(shí)施例的更加詳細(xì)的剖面 側(cè)視圖。如將理解的，燃燒器16大體流體地聯(lián)接到壓縮機(jī)24和渦輪機(jī)18上。壓縮機(jī)24可 包括以流體連通的方式彼此聯(lián)接以便有利于將空氣向下游輸送到燃燒器16的擴(kuò)散器29和 排放增壓室31。在所示實(shí)施例中，燃燒器16包括聯(lián)接到燃燒器16的上游頭端的蓋板30。 蓋板30可至少部分地支承燃料噴嘴12，且提供路徑，空氣和燃料通過該路徑被引導(dǎo)到燃料 噴嘴12。燃燒器16包括設(shè)置在導(dǎo)流套管32內(nèi)的燃燒器襯套34。襯套34的內(nèi)部可限定基 本圓柱形或環(huán)形的燃燒室38。如圖3所示，襯套34和導(dǎo)流套管32的布置是大體同心的，且 可限定環(huán)形通路36。導(dǎo)流套管32可包括多個(gè)入口 40，入口 40為空氣的至少一部分提供從 壓縮機(jī)24到環(huán)形通路36的流路。換句話說(shuō)，導(dǎo)流套管32可穿孔成具有開口的圖案。在襯套34和導(dǎo)流套管32的下游(例如沿方向C)，可稱為“沖擊套管”的第二導(dǎo)流 套管42可聯(lián)接到導(dǎo)流套管32上。因此，方向C可表示相對(duì)于離開襯套34內(nèi)的燃料噴嘴12 的燃燒氣體流的下游方向。如本文所用，當(dāng)結(jié)合燃燒器襯套進(jìn)行論述時(shí)，術(shù)語(yǔ)“上游”和“下 游”應(yīng)理解為分別表示相對(duì)于燃料噴嘴的燃燒器襯套的近端和燃燒器襯套的遠(yuǎn)端。也就是 說(shuō)，除非另外指出，大體相對(duì)于燃燒器襯套內(nèi)部的燃燒氣體的流動(dòng)來(lái)使用術(shù)語(yǔ)“上游”和“下 游”。例如，“下游”方向指的是燃料_空氣混合物燃燒且從燃料噴嘴流向渦輪機(jī)的方向，而 “上游”方向指的是與如以上定義的下游方向相反的方向。在本實(shí)施例中，導(dǎo)流套管32可包括構(gòu)造成容納沖擊套管42的一部分的安裝法蘭 44。過渡件46 (可稱為“過渡導(dǎo)管”)可設(shè)置在沖擊套管42內(nèi)。沖擊套管42和過渡件46 的同心布置可限定環(huán)形通路47。如圖所示，環(huán)形通路47流體地聯(lián)接到環(huán)形通路36上。沖 擊套管42可包括多個(gè)入口 48，入口 48可為空氣的至少一部分提供從壓縮機(jī)24到環(huán)形通路 47的流路。過渡件46的內(nèi)腔50大體提供流路(如由箭頭C所示)，來(lái)自燃燒室38的燃燒 氣體可由該流路引導(dǎo)到渦輪機(jī)18。在所描繪的實(shí)施例中，過渡件46可大體在如上所述的下 游端部52 (聯(lián)接部分)周圍聯(lián)接到襯套34的下游端(沿方向C)。環(huán)形包殼54和密封件可 設(shè)置在下游端部52和過渡件46之間。包殼54的內(nèi)表面可與下游端部52的外表面一起形 成冷卻通道，該外表面可包括具有多個(gè)表面特征以增強(qiáng)冷卻的圖案化表面。密封件可將包 殼54的外表面固定到過渡件46的內(nèi)表面上。如上所述，在操作中，渦輪機(jī)系統(tǒng)10可通過進(jìn)氣口 26吸入空氣。由軸22驅(qū)動(dòng)的壓 縮機(jī)24旋轉(zhuǎn)，且壓縮空氣。壓縮空氣被排放到擴(kuò)散器29中，如由圖3所示的箭頭所表明。 壓縮空氣的大部分經(jīng)由擴(kuò)散器29從壓縮機(jī)24進(jìn)一步排放出來(lái)，通過增壓室31進(jìn)入燃燒器 16中。雖然本文沒有詳細(xì)顯示，但是壓縮空氣的較小部分可被輸送到下游，以冷卻渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它構(gòu)件。增壓室31內(nèi)的壓縮空氣的一部分可經(jīng)由入口 48進(jìn)入環(huán)形通路47。然 后環(huán)形通路47中的空氣朝環(huán)形通路36向上游(例如沿燃料噴嘴12的方向)輸送，從而使 得空氣在襯套34的下游端部52上流過。此空氣流的一部分被引導(dǎo)到由包殼54和下游端 部52形成的冷卻通道中，以便有利冷卻燃燒器襯套34。在一個(gè)實(shí)施例中，包殼54上的多 個(gè)入口可提供通往冷卻通道的流路。沒有被排放到冷卻通道中的那部分空氣流繼續(xù)朝蓋板 30和燃料噴嘴12向上游流到環(huán)形通路36中。因此，環(huán)形通路36可接收來(lái)自環(huán)形通路47 和入口 40的空氣。然后流到環(huán)形通路36中的空氣朝燃料噴嘴12向上游輸送，其中空氣與 燃料混合，且在燃燒室38內(nèi)被點(diǎn)燃。所得燃燒氣體被從室38輸送到過渡件腔50中，且通 過渦輪機(jī)噴嘴60到達(dá)渦輪機(jī)18。圖4是意圖提供對(duì)襯套 34、包殼54和過渡件46之間的關(guān)系的較好理解的分解透 視圖。當(dāng)沿著縱向軸線A測(cè)量時(shí)，襯套34可具有長(zhǎng)度Li。在所示實(shí)施例中，襯套34的上游 端的半徑Rl可大于襯套34的下游端的半徑R2。但是在其它實(shí)施例中，半徑Rl和R2可為 相等的，或者半徑R2可大于半徑R1。襯套34包括下游端部52。如上所述，下游端部52是 具有軸向長(zhǎng)度L2的襯套的一部分，當(dāng)從襯套34的下游(最后面)端測(cè)量時(shí)，軸向長(zhǎng)度L2小 于襯套34的總長(zhǎng)度Li。在一個(gè)實(shí)施例中，下游端部52的長(zhǎng)度L2可為襯套的總長(zhǎng)度Ll的 約10% -20%。但是，應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，取決于實(shí)現(xiàn)具體目標(biāo)，長(zhǎng)度L2可大于Ll 的20%或者小于Ll的10%。例如，在其它實(shí)施例中，下游端部52的軸向長(zhǎng)度L2可至少是 小于總長(zhǎng)度 Ll 的 5%,10%,15%,20%,25%,30%^； 35%。包殼54構(gòu)造成以套管式、同軸或同心交迭的關(guān)系大體在下游端部52周圍與襯套 34配合。包殼54的內(nèi)表面55和下游端部52的圖案化外表面62可形成環(huán)形冷卻通道。如 圖所示，包殼54可包括大體在包殼54的上游端附近的多個(gè)入口 68。在所示實(shí)施例中，入口 68描繪為周向(相對(duì)于軸線A)設(shè)置在包殼54的上游端周圍且還徑向地延伸的多個(gè)開口。 由入口 68限定的開口可包括例如孔、槽口或孔和槽口的組合。入口 68提供通往冷卻通道 的流路。如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)論述的，相對(duì)于燃燒室38內(nèi)的燃燒氣體的溫度基本較冷的 壓縮空氣在圖案化表面62上流過，且接觸可包括多個(gè)不連續(xù)的突起(和/或凹部)的表面 特征，以這種方式，壓縮空氣增強(qiáng)傳遞離開襯套34的熱，以冷卻襯套34。過渡件46大體在 下游端部52和包殼54周圍聯(lián)接到襯套34上。密封環(huán)66可設(shè)置在包殼54和過渡件46之 間，以有利于聯(lián)接。圖5是如圖4所示的、在由弓形線5-5限定的圓形區(qū)域內(nèi)的襯套34的下游端部52 上的圖案化表面62的一個(gè)實(shí)施例的局部透視圖。如上所述，圖案化表面62可包括多個(gè)表 面特征72。在所示實(shí)施例中，表面特征72可為相對(duì)于襯套34的縱向軸線A軸向和周向布 置的多個(gè)不連續(xù)的基本菱形的突起。菱形突起可由構(gòu)造成在下游端部52的長(zhǎng)度L2上成交 叉式圖案的多個(gè)凹槽70限定，從而使得菱形突起為凹槽70之間的凸起部分。例如，凹槽70 可以相對(duì)于軸線A以非平行方式或相對(duì)于軸線A以平行方式交叉。但是，所示凹槽70不平 行于軸線A，從而是橫穿軸線A的。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“凹槽”應(yīng)理解為是指襯套34的下游端部52的外表面的一部分， 其凹陷或被移除以便限定不連續(xù)的突起的表面特征72。如將理解的，凹槽70可以以任何 適當(dāng)?shù)姆绞叫纬?，包括磨削、鑄造、模制和激光蝕刻/切割。在本實(shí)施例中，凹槽70限定了 相對(duì)于襯套34的縱向軸線A非線性的流路。在其它實(shí)施例中，凹槽可限定相對(duì)于縱向軸線A的線性流路。另外，將理解的是，凹槽70可構(gòu)造成限定具有不同幾何形狀的突起，如在下 面另外的圖中所顯示的。在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽70相對(duì)于表面特征72可至少具有小于約 1、2、3、4或5毫米的深度。在另外的實(shí)施例中，凹槽70可具有大于5毫米的深度。另外， 在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽70的寬度可至少為小于約1、2、3、4、5、6、7、8、9或10毫米。在另一 個(gè)實(shí)施例中，凹槽70的寬度可具有約2至8毫米的范圍。更進(jìn)一步地，在又一個(gè)實(shí)施例中， 凹槽70可具有大于10毫米的寬度。另外，突起的表面特征72可形成為具有各種長(zhǎng)度和寬 度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)表面特征72基本為菱形時(shí)，如圖5所示，各個(gè)邊71可至少為 小于約5、6、7、8、9、10、11、12或13毫米。在另外的實(shí)施例中，邊71也可小于5毫米或大于 13毫米?，F(xiàn)在參看圖6，其示出了由圖3中的弓形線6-6限定的圓形區(qū)內(nèi)的燃燒器16的局 部橫截面?zhèn)纫晥D。特別地，圖6更加詳細(xì)地顯示了流入由包殼54和襯套34的下游端部52 形成的冷卻通道78中的空氣流。由壓縮機(jī)24排放的壓縮空氣可通過入口 48接收在環(huán)形 通路47 (由沖擊套管42和過渡件46限定)中。在本實(shí)施例中，入口 48是圓形的孔，盡管 在其它實(shí)現(xiàn)中，入口 48可為槽口，或者其它幾何結(jié)構(gòu)的孔和槽口的組合。當(dāng)環(huán)形通路47內(nèi) 的空氣64被輸送到上游時(shí)，空氣64的大部分被排放到環(huán)形通路36 (由導(dǎo)流套管32和襯套 34限定)中。如上所述，導(dǎo)流套管32可包括下游端65處的安裝法蘭44，安裝法蘭44構(gòu)造 成容納從沖擊套管42的上游端73徑向向外延伸的部件76，從而聯(lián)接導(dǎo)流套管32和沖擊套 管42。除了接收來(lái)自環(huán)形通路47的空氣流64之外，環(huán)形通路36還經(jīng)由入口 40接收來(lái)自 增壓室31的壓縮空氣的一部分74。換句話說(shuō)，環(huán)形通路36內(nèi)的空氣流可包括從環(huán)形通路 47排放的空氣64和流過入口 40的空氣74。另外，應(yīng)當(dāng)理解，像沖擊套管42上的入口 48 一樣，入口 40也可包括孔、槽口或各種形狀的孔和槽口的組合。雖然流過環(huán)形通路47的空氣的大部分被排放到環(huán)形通路36中，但是在本文中由 參考標(biāo)號(hào)75所示的空氣流的一部分可經(jīng)由由包殼54上的多個(gè)入口 68提供的流路F引導(dǎo) 到冷卻通道78中。流路F可限定流過通道78內(nèi)的表面特征72的空氣流。如圖所示，流路 F與通過環(huán)形通路36和47流路是相反的。換句話說(shuō)，流路F被向下游引導(dǎo)且離開(與上 游相反且朝向)端蓋30和燃料噴嘴12。在一個(gè)實(shí)施例中，引導(dǎo)到冷卻通道78中的空氣75 可至少表示小于供應(yīng)到燃燒器16的總壓縮空氣的約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、 9%或10%。在其它實(shí)施例中，引導(dǎo)到冷卻通道78中的空氣75可大于供應(yīng)到燃燒器16的 總壓縮空氣的約10%。進(jìn)入冷卻通道78的空氣75沿著流路F流動(dòng)且接觸襯套34的下游 端部52上的多個(gè)表面特征72。如上所述，表面特征72可限定為凹槽70之間的多個(gè)不連續(xù) 的突起。另外，如將理解的，冷卻通道78內(nèi)的空氣流相對(duì)于燃燒室38內(nèi)的燃燒氣體的溫度 大體基本較冷。因此，當(dāng)通道78內(nèi)的空氣75沿流路F流動(dòng)且接觸表面特征72時(shí)，熱可傳 遞離開燃燒器襯套34。作為示例，冷卻襯套34時(shí)采用的機(jī)制可為由于冷卻空氣75和表面 特征72之間的接觸引起的強(qiáng)制對(duì)流熱傳遞。流路F可沿著冷卻通道78的長(zhǎng)度(基本上是 長(zhǎng)度L2)繼續(xù)，其中冷卻空氣在下游端(未顯示)離開冷卻通道78，從而被排放到過渡件腔 50中，從而冷卻空氣75被朝通過過渡件腔50向下游(遠(yuǎn)離燃料噴嘴12)流動(dòng)的燃燒氣體 引導(dǎo)。如上所述，可通過在襯套34的下游端部52上形成多個(gè)凹槽70來(lái)限定表面特征 72。也就是，表面特征72自大體在凹槽70之間的襯套34的下游端部52的外表面突起?，F(xiàn)在繼續(xù)參看圖7A-7D，顯示了若干實(shí)施例，其中凹槽70形成為具有不同形狀。特別地，這些 圖更加詳細(xì)地示出了在由圖6中的弓形線7-7限定的圓形區(qū)域內(nèi)的襯套34的下游端部52 上的凹槽70和表面特征72。首先參看圖7A，凹槽70可形成為使得各個(gè)凹槽70的底部表面80具有基本平坦的 表面，并且使得各個(gè)凹槽的壁82鄰接底部表面80，以形成相對(duì)于底部表面80的基本直角 (90度)。壁82同時(shí)充當(dāng)各個(gè)表面特征72的側(cè)壁，且基本是直的，從而使得各個(gè)表面特征 72的表面84是基本平坦的。在圖7B所示的備選實(shí)施例中，各個(gè)凹槽70可具有基本平坦的底部表面80，從而與 各個(gè)壁82形成基本直角。在此實(shí)施例中，壁82的上部是圓的。因此，各個(gè)表面特征72可 形成為圓的頂部表面84。在又一個(gè)實(shí)施例中，如圖7C所示，各個(gè)凹槽70具有基本平坦的底 部表面80。在此構(gòu)造中，各個(gè)壁82可相對(duì)于底部表面80形成大于90度的角(例如發(fā)散 的)。也就是說(shuō)，從底部表面80測(cè)量的凹槽70的寬度可小于在各個(gè)壁82的頂部(例如與 各個(gè)表面特征72的表面84同平面)處測(cè)量的凹槽70的寬度。最后，在圖7D所示的實(shí)施 例中，各個(gè)凹槽70可形成為使得底部表面80通過圓的邊緣鄰接各個(gè)壁82。如將理解的，凹 槽70可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞叫纬?，包括鑄造、磨削、模制和激光切割/蝕刻。如上所述，凹 槽70可通過燃燒器襯套34的下游端部52上的圖案化表面限定流路F。由凹槽70限定的 流路F相對(duì)于襯套34的軸向流路(例如沿著縱向軸線A)可為線性或非線性的。雖然上述實(shí)施例可具有帶有從下游端部52的表面突起的多個(gè)菱形表面特征72的 圖案化表面62，但是其它實(shí)施例中的表面特征72可形成為各種構(gòu)造和形狀?，F(xiàn)在參看圖 8A-8E，示出了顯示成各種備選的形狀構(gòu)造的、充當(dāng)對(duì)流熱傳遞部件的表面特征72的不同 實(shí)施例的俯視圖。如圖8A所示，表面特征72可形成為從襯套34的下游端部52的表面突 起的大體長(zhǎng)方形或正方形翅片。在此實(shí)施例中，凹槽70形成為使得流路F相對(duì)于沿著襯套 34的軸向流路是線性的(例如相對(duì)于縱向軸線A成軸向)。換句話說(shuō)，表面特征72沿著軸 線A彼此軸向連續(xù)地成直線。在圖8B中，顯示了類似于圖8A的實(shí)施例的實(shí)施例，只是翅片 表面特征72布置成使得流路F在相對(duì)于縱向軸線A的軸向方向上是非線性的。也就是說(shuō)， 表面特征彼此交錯(cuò)或沿著軸線A彼此交迭。另外，在此實(shí)施例中，周向流路85 (相對(duì)于F垂 直)線性地通過翅片表面特征72。但是，應(yīng)當(dāng)理解，在另外的實(shí)施例中，軸向流路(F)和周 向流路85均可為非線性的。圖8C示出了圖案化表面的另一個(gè)實(shí)施例，其中表面特征72形成為從襯套34的下 游端部52的表面突起的圓柱形部件。在此實(shí)施例中，凹槽70是下游端部52的在各個(gè)圓柱 形部件72之間的非凸起的部分。圖8D顯示了又一個(gè)實(shí)施例，其中表面特征72為大體V字 形。在該實(shí)施例中，V字形表面特征72布置成限定相對(duì)于縱向軸線A的線性流路F，雖然在 其它實(shí)施例中，可以以交錯(cuò)或交迭關(guān)系布置V字形表面特征72，使得流路F相對(duì)于縱向軸 線A是非線性的。同樣在該實(shí)施例中，V字形表面特征72顯示為指向燃燒器襯套34的下 游端。其它實(shí)施例可使用指向相反的方向(例如指向襯套34的上游端)的V字形表面特 征72。在另一個(gè)實(shí)施例中，V字形表面特征72可為不連續(xù)和交錯(cuò)的，如圖8E所示。不連續(xù) 的V字形的各個(gè)部分72A和72B可相對(duì)于縱向軸線A軸向隔開在圖中由參考標(biāo)號(hào)86所指 的距離。繼續(xù)至圖9A，其示出了圖案化表面62的另一個(gè)實(shí)施例，其中表面特征72形成為從襯套34的下游端部52的外表面延伸的多個(gè)圓環(huán)形突起。如將理解的，環(huán)形表面特征72可 布置成使得通過圖案化表面62的流路F相對(duì)于軸線A是線性或非線性的。各個(gè)環(huán)形表面 特征72由在環(huán)內(nèi)建立封閉區(qū)域90的凸起的周邊邊緣88限定。換句話說(shuō)，環(huán)形表面特征72 是限定圓柱形封閉區(qū)域90的空心環(huán)形結(jié)構(gòu)。圖9B示出了沿線9B-9B截取的環(huán)形突起的橫 截面圖，如圖9A所示。如圖所示，限定封閉區(qū)域90的周邊邊緣88的橫截面可為基本正方 形，其限定在圓柱形封閉區(qū)域90周圍360度的空心環(huán)形結(jié)構(gòu)。但是，在其它實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng) 理解，周邊邊緣88可具有備選的橫截面形狀。例如，周邊邊緣88可具有大體梯形的橫截面 形狀。相對(duì)于作為實(shí)例在上面顯示的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，可能存在本文中未確切描述過 的本冷卻技術(shù)的各種額外實(shí)施例。例如，在一些實(shí)施例中，表面特征72的高度可為一致的， 或者可在燃燒器襯套34的下游端部52上變化。在其它實(shí)施例中，在下游端部52上的表面 圖案62可包括各種不同的表面特征，例如以上所論述的表面特征形狀的組合。在又一個(gè)實(shí) 施例中，表面圖案62可包括形狀一致但大小不同的表面特征72。另外，應(yīng)當(dāng)理解，目前公 開的冷卻技術(shù)可結(jié)合其它冷卻技術(shù)一起使用，以有利于冷卻燃燒器襯套34。例如，在一些 實(shí)施例中，圖案化表面62可覆蓋燃燒器襯套34的整個(gè)外表面，而非只是覆蓋下游端部52。 同樣，圖案化表面可設(shè)置在襯套34上，過渡件46上或設(shè)置在這兩者上。本書面描述使用實(shí)例來(lái)公開包括最佳模式的本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予 專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這種其它 實(shí)例具有不異于權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實(shí)例包括具有與權(quán) 利要求書的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實(shí)例處于權(quán)利要求書的范 圍之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)，所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)包括在相對(duì)于沿著所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的縱向軸線的燃燒的下游方向的下游端部(52)處的圖案化表面(62)，其中，所述圖案化表面(62)包括在相對(duì)于所述縱向軸線的所述下游端部(52)周圍的在軸向方向和周向方向兩者上的多個(gè)不連續(xù)的突起(72)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述不連續(xù)的突起(72)相對(duì)于所述縱向 軸線以非線性方式布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述不連續(xù)的突起(72)的幾何結(jié)構(gòu)包括 菱形、翅片、圓柱形、環(huán)形、V字形或不連續(xù)的V字形中的至少一個(gè)或者它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述下游端部(52)的軸向長(zhǎng)度小于或等 于所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的總軸向長(zhǎng)度的約20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述渦輪機(jī)燃燒器 襯套(34)周圍的第一導(dǎo)流套管(32)，其中，所述第一導(dǎo)流套管(32)的第一內(nèi)部環(huán)形表面和 所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的外部環(huán)形表面限定第一環(huán)形流通路(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在所述圖案化表面(62)周 圍且在所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的下游聯(lián)接到所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)上的環(huán)形過 渡件(46)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在所述下游端部(52)周圍 設(shè)置在所述環(huán)形過渡件(46)和所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)之間的環(huán)形包殼(54)，其中，所 述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的所述下游端部(52)上的所述圖案化表面(62)和所述環(huán)形包 殼(54)的內(nèi)表面限定環(huán)形冷卻通道(78)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述環(huán)形過渡件 (46)周圍的第二導(dǎo)流套管(42)，其中，所述第二導(dǎo)流套管(42)的第二內(nèi)部環(huán)形表面和所述 環(huán)形過渡件(46)的外表面限定第二環(huán)形流通路(47)，其中，所述第二環(huán)形流通路(47)聯(lián)接 到所述第一環(huán)形流通路(36)上。
9.一種方法，包括通過沿著通過圖案化表面(62)的流路的空氣流來(lái)冷卻渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)，所述 圖案化表面(62)在所述渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的下游端部(52)周圍在軸向方向和周向 方向兩者上具有多個(gè)不連續(xù)的突起(72)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述流路相對(duì)于沿著所述渦輪機(jī)燃燒器 襯套(34)的縱向流路是非線性的。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖案冷卻的燃燒器襯套。在一個(gè)實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)。燃燒器襯套(34)包括在相對(duì)于沿著渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的縱向軸線的燃燒的下游方向的下游端部(52)處的圖案化表面(62)。圖案化表面(62)包括在相對(duì)于渦輪機(jī)燃燒器襯套(34)的縱向軸線的下游端部(52)周圍在軸向方向和周向方向兩者上的多個(gè)不連續(xù)的突起(72)。
文檔編號(hào)F23D14/78GK101865466SQ20101014314
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者R·J·基拉, S·-Y·吳 申請(qǐng)人:通用電氣公司